一道物理中考題的賞析

戴同蘭

（江蘇省泰州市高港實(shí)驗(yàn)學(xué)校，江蘇 泰州 225323）

2014年泰州市物理中考的第48題（因是理化合場(chǎng)分卷考試，題號(hào)范圍1－20為化學(xué)，21－48為物理），即最后一條壓軸題考查了“探究電流與電壓、電阻的關(guān)系”.盡管該知識(shí)點(diǎn)是各家中考的考試熱點(diǎn)，也是考試的難點(diǎn)，但該題命題者獨(dú)具匠心.現(xiàn)將該題與大家一起來進(jìn)行分享.

題目.如圖1所示是“探究電流與電壓、電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)電路，其中R是定值電阻.

圖1 實(shí)驗(yàn)電路圖

（1）電路中有一根導(dǎo)線的連接不適宜，需要改接.請(qǐng)?jiān)谶@根導(dǎo)線上打“×”，并畫出改接的導(dǎo)線，閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P移到最______端（左/右）.

（2）閉合開關(guān)，3次調(diào)節(jié)變阻器，得到表1中的數(shù)據(jù).由這些數(shù)據(jù)：

①可看出電流與_________的關(guān)系；

② 可概括出結(jié)論：_______________________.

（3）在探究電流與另一個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)，需要多次更換__________，并且每次更換后都要調(diào)節(jié)變阻器，使電壓表的示數(shù)_______（增大/減小/不變）.

（4）小明根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)了另一種實(shí)驗(yàn)電路（如圖2所示）.其中，MN是一根金屬電阻絲，Q是一個(gè)金屬夾，主要實(shí)驗(yàn)步驟是：先將Q移到最左端，再調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，確保電流不超過電流表所選用的量程；然后從左向右且有間隔地改變金屬夾的位置，得到表2中的數(shù)據(jù)；最后分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論.

但是，由小明的實(shí)驗(yàn)：① 雖然可看出“電阻越大電流越小”，但無法得到“電流與電阻成反比”的關(guān)系；② 可得“電壓越大電流越小”，但這個(gè)結(jié)論明顯是錯(cuò)誤的，請(qǐng)分析小明的實(shí)驗(yàn)，具體指出存在問題：________________________________________.

圖2 實(shí)驗(yàn)電路圖

表1

表2

題析：該題（1）—（3）問基本屬于常規(guī)考法，絕大多數(shù)學(xué)生都能順利解出.第（1）小題有2小問，第1小問是要求改正實(shí)物接線圖.實(shí)物接線圖的修改主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析.

① 滑動(dòng)變阻器：該實(shí)驗(yàn)要求滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，滑動(dòng)變阻器有4個(gè)接線柱，將滑動(dòng)變阻器接入電路時(shí)對(duì)接線柱的要求是：“一上一下連接好，兩上兩下切莫接”.從這2個(gè)方面看滑動(dòng)變阻器的接法是正確的.

② 電表，主要從電表的連接方式、正負(fù)接線柱的接法和量程的選擇方面來考慮，該圖中2個(gè)電表的連接方式和正負(fù)接線柱的接法上都沒有問題，最后來看電表的量程的選擇.本實(shí)驗(yàn)中電壓表的量程的選擇可根據(jù)電源電壓來確定，題目中提供的電源是2節(jié)干電池，而2節(jié)干電池串聯(lián)的電壓是3V，即電路中的電源電壓是3V，那么電壓表的量程只能用小量程，將“－”和“3”這兩個(gè)接線柱接入電路，所以只需將電壓表接接線柱“15”的這根導(dǎo)線上打“×”，將這根線接到接線柱“3”上即可.

第2小問是“閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P移到最________端（左/右）”.由于滑動(dòng)變阻器在實(shí)驗(yàn)中還有一個(gè)重要作用是保護(hù)電路，為了達(dá)到這一目的，閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)調(diào)至阻值最大處，又由于下面接的是左邊的接線柱，所以閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)調(diào)至最右端.

第（2）問：從題中可看出，閉合開關(guān)，3次調(diào)節(jié)變阻器，記下對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，其實(shí)質(zhì)是研究在電阻一定時(shí)，電流與電壓的關(guān)系.可概括出的結(jié)論是：電阻一定時(shí)，電流與電壓成正比.

第（3）問是在第（2）問的基礎(chǔ)上來進(jìn)行回答的.第（2）問已經(jīng)探究了電流與電壓的關(guān)系，現(xiàn)在要探究電流與另一個(gè)物理量的關(guān)系，毫無疑問，應(yīng)該是探究電流與電阻的關(guān)系.本實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法，要想探究電流與電阻的關(guān)系，就必須要控制定值電阻R兩端的電壓不變，當(dāng)改變了定值電阻R的阻值后，若不動(dòng)滑動(dòng)變阻器，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)可知，電壓表的示數(shù)必然會(huì)變化，所以為了使電壓表的示數(shù)不變，每次更換定值電阻后，都要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表的示數(shù)不變.

本題難就難在第（4）問上，從閱卷情況來看，第（4）問3分拿全的學(xué)生幾乎微乎其微，不少學(xué)生是1分都沒有拿到，好的學(xué)生一般也只拿了1分.究其原因是好多學(xué)生不認(rèn)真審題，不去領(lǐng)會(huì)命題者的意圖，而是以偏概全，只關(guān)注了題目中有個(gè)實(shí)驗(yàn)表格，表中列出了電壓和電流的對(duì)應(yīng)值，就誤認(rèn)為小明僅僅是探究了電流和電壓的關(guān)系，因此根據(jù)表格只能回答得出“電阻越大電流越小”的關(guān)系這一問題，但又沒有關(guān)注到題目中只告訴有間隔地改變金屬夾的位置，但并不知道接入電路的金屬電阻絲的阻值到底是多少，因而無法得出“電流與電阻成反比”的關(guān)系.而對(duì)題中的②更是無法理解，不知從何回答而失分.

認(rèn)真分析題目意思.題目開始時(shí)說：如圖1所示是“探究電流與電壓、電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)電路.第（4）小題中說“小明根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)了另一種實(shí)驗(yàn)電路（如圖2所示）.”可知，該小題并非是在上述（1）－（3）問的基礎(chǔ)上來進(jìn)行分析的，而是小明根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)了另外一種實(shí)驗(yàn)電路來“探究電流與電壓、電阻關(guān)系”，再從小明得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論：① 雖然可看出“電阻越大電流越小”，但無法得到“電流與電阻成反比”的關(guān)系；② 可得“電壓越大電流越小”，但這個(gè)結(jié)論明顯是錯(cuò)誤的.進(jìn)一步可以說明小明是想從這一實(shí)驗(yàn)中來一齊探究得出電流與電壓、電阻關(guān)系.

從小明的操作中可知，“從左向右且有間隔地改變金屬夾的位置，得到表中的電流與電壓數(shù)據(jù)；最后分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論.”他認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中電阻發(fā)生了變化（電阻在變大），電路中的電流及金屬電阻絲MQ兩端的電壓也跟著發(fā)生變化，這樣來分析得出電流與電壓 、電阻的關(guān)系.由此可知小明存在的問題是：不知道該實(shí)驗(yàn)應(yīng)該用控制變量法來進(jìn)行探究，即探究電流與電壓的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制電阻保持不變；探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制電壓保持不變.

在本實(shí)驗(yàn)中對(duì)于結(jié)論①他沒有注意到要探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制電壓保持不變，主要步驟應(yīng)該是每次“從左向右且有間隔地改變金屬夾的位置（這樣做的目的是改變電阻）”都應(yīng)該調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，但他沒有調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表的讀數(shù)保持不變，這樣探究得出的電流與電阻的關(guān)系，當(dāng)然不合理，加之由于金屬電阻絲上沒有具體的電阻值，所以無法得到“電流與電阻成反比”這樣的定量關(guān)系.

所以第（4）小題的答案是：① 改變電阻絲連入電路的電阻（移動(dòng)金屬夾Q）時(shí)，沒有控制電壓保持不變，且也不知道電阻的阻值.（答全兩個(gè)要素1分，否則不得分）；② 沒有在電阻絲連入電路的阻值為某一值（沒有在金屬夾Q處于某一位置）時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器改變電壓（或者改變電壓時(shí)，沒有控制（使）電阻保持不變）.（答全兩個(gè)要素1分，否則不得分）答全①和②得3分.